柴達木盆地柴西南地區上干柴溝組沉積相研究

夷曉偉，肖傳桃 （油氣資源與勘探技術教育部重點實驗室 （長江大學），湖北 荊州434023）

徐建國 （中石化江漢油田分公司江漢采油廠，湖北 潛江433124）

柴達木盆地地處青藏高原北部，是我國十大內陸盆地之一。柴達木盆地周緣分別為阿爾金山、祁連山和昆侖山所環繞，為西寬東窄的菱形盆地，其大地構造位置處于亞洲中軸域和特提斯-喜馬拉雅構造域的結合部位 （見圖1）。該研究區位于柴達木盆地西南部，柴西南區西到七個泉、東到烏南、北到獅子溝、南到躍進四號。區內發育了古生界、中生界和新生界3套沉積地層，中、新生界沉積巖分布面積為9.6×104km2，最大厚度超過17200m。該研究區探井多，絕大部分地區已開展三維地震勘探，資料豐富，為研究奠定了良好的基礎。

圖1 柴達木盆地區域構造位置

中生代以來，盆地周邊山系陸續隆升，盆地內發育了一套典型的內陸河湖相沉積，沉積相類型豐富。新生代以來，干旱氣候下的咸化湖沉積環境使盆地內部碎屑巖減少，碳酸鹽巖增加。柴達木盆地經歷了不同構造機制的多期構造演化過程，具有復雜物質組成與地質結構，在盆山關系上也表現出復雜的疊加組合關系[2]。中、新生代構造演化則主要受控于歐亞大陸南緣中、新生代特提斯的階段性俯沖消減與閉合作用、以及印度板塊往北向歐亞板塊碰撞楔入的遠程效應。復雜的地質演化過程對柴達木盆地構造、沉積及油氣成藏具有重要的控制作用[3]。

1 地層發育特征

新生界是柴達木盆地最發育的地層，基本覆蓋全盆地，但主體分布在研究區-柴西南地區。根據地面資料、鉆井資料、古生物資料，結合巖性、含油性和地震反射特征，自下至上分為路樂河組、下干柴溝組、上干柴溝組、下油砂山組、上油砂山組和獅子溝組6套地層。上干柴溝組地層廣泛出露于盆地內，在西部南區至冷湖油田均已證實，與下干柴溝組為連續沉積，沉積厚度400～1100m。根據巖性及化石資料分析，認為該研究區可分為如下2段：①下段 （N11）。西部南區為灰色、深灰色鈣質泥巖及泥巖為主，夾砂巖、粉砂巖及泥灰巖為主要生油層之一，一般厚150～600m；西部北區巖性為灰色、深灰色、棕紅色、泥巖夾鈣質泥巖、泥灰巖及粉砂巖條帶，沉積厚度300～500m；冷湖地區為棕紅、棕褐色泥巖、砂質泥巖夾灰綠色砂巖，粉砂巖。②上段 （N21）。盆地中分布廣泛，巖性變化較大。西部南區為棕褐色、棕紅色砂質泥巖夾少量灰綠色礫狀砂巖、含礫砂巖和灰色含鈣泥巖、雜色泥巖；西部北區巖性為灰色、深灰色、棕灰色泥巖夾粉砂巖條帶及鈣質泥巖、泥灰巖，該段沉積厚度100～500m。

2 沉積相特征

通過對沉積剖面結構及沉積巖中具有成因意義的標志特征進行分析，認為該研究區主要發育湖泊相、辮狀河三角洲相和湖底扇相。

2.1 湖泊相

湖泊相在柴達木盆地西南地區盆地演化的不同時期均有發育，并且隨著南北兩側造山帶的構造演化，沉積中心發生從西向東有規律的遷移。在湖泊環境中，根據湖泊水位的變化以及浪基面的變化可分為濱湖亞相、淺湖亞相和半深湖-深湖亞相。

1）濱湖亞相 在柴西南地區古近系中，濱湖亞相由濱湖砂壩、濱湖泥及濱湖礫巖等微相組成。具體內容如下：①濱湖砂壩。在開闊湖岸的濱湖區，陸源碎屑物質供應充分，通過擊岸浪的沖刷、簸選和淘洗，使碎屑物質成熟度增高，分選、磨圓度好，形成砂質濱湖砂壩沉積，沿湖岸附近出現重礦物富集帶。濱湖砂壩由分選中-好的細砂巖、粉砂巖 （局部為含礫砂巖）組成，雜基少，砂巖百分含量大于25%，主要發育平行層理及向湖心傾斜的低角度交錯層理，此外，還有小沙紋層理。②濱湖礫巖。當湖岸較陡、濱湖水動力作用較強，擊岸浪對湖岸的侵蝕產生粗碎屑，或近物源河流有粗碎屑物質的充分供應，濱湖地區也可形成礫質湖灘即濱湖礫巖沉積，一般厚度不大。③濱湖泥。當湖濱地形平緩，水動力較弱，波浪作用不能波及岸邊，物質供應以泥質為主，則可形成濱湖泥 （或泥坪）。其沉積物以棕紅、棕色、土黃色泥巖和粉砂質泥巖為主，夾薄層粉砂巖、泥灰巖，局部發育白云質泥巖薄層。泥巖中見水平層理，垂直或傾斜的生物鉆孔、生物擾動構造，時見干裂和鈣質結核；粉砂巖中常見沙紋層理、波狀紋理、上疊沙紋層理以及各種中小型浪成波痕；自然電位曲線為齒形-微齒形-平直組合。

2）淺湖亞相 由于柴達木古近系湖盆具有面積廣、湖底地形緩、水體淺等特點，因而淺湖亞相成為湖泊沉積中的主要亞相類型。淺湖亞相位于枯水期水面至浪基面之間的淺水地帶，沉積物受波浪和湖流作用的影響明顯。按照沉積物的不同，柴西南地區淺湖亞相可以分為以下6種微相類型：①淺湖沙壩。由主要細粒砂巖和粉砂巖 （局部為泥質粉砂巖）組成，多顯示向上變粗層序，或者為細-粗-細的完整層序特征，底部以泥質粉砂巖與泥巖或頁巖漸變過渡、向上依次漸變為粉砂巖、細砂巖，這與底具沖刷面的河道砂體有著顯著區別。②淺湖泥。當水動力條件微弱，陸源碎屑物質供應不足時，淺湖區主要發育泥質沉積。巖石類型以泥巖和粉砂質泥巖為主，可夾有少量粉砂巖薄層或透鏡體。層理類型多以水平、波狀層理為主，在局部粉砂巖和泥巖交互沉積時，可形成透鏡狀層理；生物潛穴和生物擾動發育。自然伽瑪曲線 （SP）一般為光滑-微齒化、齒形-鐘形、夾指形曲線組合。③淺湖灰泥。柴達木盆地西南地區碳酸鹽淺湖亞相也有發育，巖性主要為灰色、淺灰色和深灰色泥晶泥灰巖、泥晶灰巖以及白云質灰巖。沉積構造主要為塊狀層理、水平層理、波狀層理以及沙紋交錯層理。淺湖灰泥以上干柴溝組上段最為發育，其次是上干柴溝組下段下干柴溝組和上油砂山組的淺湖灰泥發育較局限，主要分布于獅子溝和躍西地區。電性特征為自然電位呈波狀起伏，視電阻率呈中-高阻鋸齒狀。④藻灰巖。從漸新世到上新世，柴西南地區湖盆曾間歇性的較清沏，有利于碳酸鹽物質的形成和低等植物藍綠藻的生長活動，發育了由藍綠藻粘結碳酸鹽而形成的藻灰巖 （疊層石灰巖），包括紋層狀、波狀和短柱狀3種類型。通過巖心觀察，在躍69井1410～1415m井段，整體為短柱狀 （疊層石）藻灰巖，頂、底部為波狀藻灰巖，其上下為淺灰色泥巖，藻灰巖原生紋層清晰可見，局部被風暴打碎成碎塊。從藻灰巖紋層的垂向分布規律看，其淺湖沉積區水動力能量有由弱-強-弱的變化，說明藻灰巖主體沉積時其水動力條件較強。⑤淺湖鮞粒 （生物碎屑）灘。鮞粒灘主要由鮞粒灰巖、生物碎屑鮞粒灰巖及陸源碎屑鮞粒灰巖組成，鮞粒比較小，一般在0.05～0.3mm，多數為單鮞，只有少數為復鮞，鮞的表皮較薄，屬薄皮鮞，表明生成鮞粒的環境水體振蕩不太頻繁；膠結物以亮晶方解石為主，局部為泥晶膠結，表明鮞粒灰巖沉積時的水動力條件相對較強，故灰泥含量較少。生物碎屑灘主要由生物碎屑灰巖、砂質生物碎屑及生物碎屑泥晶灰巖組成，生物種類以介形蟲、有孔蟲、腹足類等為主，保存較完好，大小一般為0.1～0.5mm，最大達1.5mm。⑥風暴沉積。在烏12井的下油砂山組躍東110井的下干柴溝組下段躍Ⅳ-2井的上干柴溝組下段躍42井的下油砂山組和阿2井的下干柴溝組上段的層位中都見到了該種類型的沉積。底部可見少量泥礫與下伏沉積層相連。內碎屑大小一般為0.5cm至幾個厘米。如在躍東110井中的風暴巖，泥巖條帶厚0.5～1.0cm，一般長1～3cm，最大可達5cm，多呈條帶狀。風暴巖的礫屑一般排列無規律，有的可放射狀或疊瓦狀，部分能見到 “人”字型及倒 “小”型排列。風暴流沉積的沉積構造類型多樣、特征各異。烏12井 （1248.7m）中砂巖球枕構造直徑2～5cm，具有紋層，但已變形，變形的紋層呈槽狀向下彎曲，下伏的泥巖呈舌狀伸入砂層中，形成火焰狀。從沉積序列來看，在風暴沉積之下是塊狀構造的泥巖。風暴沉積具有突變性的底面，底部對泥巖有一個沖刷面，沖刷面之上為較細砂的風暴巖，泥巖礫屑多呈順層排列，其上可見砂枕構造。中部為較大泥巖條帶分布層段，多傾斜及雜亂分布。中上部為泥礫較少的粉砂巖段，砂巖中有水平層理。上部為泥巖礫屑富集段，礫屑含量高，但個體相對較少。

3）半深湖-深湖亞相 半深湖位于正常浪基面與最大浪基面之間，水體較深處，地處弱還原-還原環境；深湖亞相深湖位于盆中最大浪基面之下，水體最深，波浪作用已完全停止，水體安靜，處于缺氧的還原環境。事實上，由于半深湖與深湖相沉積物性質相似，因此在大多數情況下兩者難以區分，故籠統稱之為半深湖-深湖亞相。半深湖-深湖亞相沉積以粘土巖為主，夾泥灰巖、灰巖、局部見粉砂巖、膏巖薄夾層或透鏡體。粘土巖常為有機質豐富的暗色泥、頁巖或粉砂質泥、頁巖，水平層理發育，間有細波狀層理。底棲生物不發育，可見菱鐵礦和黃鐵礦等自生礦物。

2.2 辮狀河三角洲

1）辮狀河三角洲平原亞相 在柴西南地區，辮狀河三角洲平原亞相主要發育于躍進地區，其次為研究區南部，并發育如下微相：①水上分流河道。水上分流河道以細中粒長石砂巖為主，一般占地層厚度的40%以上，夾粉砂巖和泥質粉砂巖。在剖面上呈透鏡狀，底部多具沖刷面，含泥礫。垂向上呈正韻律。粒度概率曲線為二段式和三段式，以跳躍組份、滾動組份和懸浮組份為主。發育大型槽狀交錯層理、側向加積交錯層理、平行層理和沙紋層理，自然電位曲線呈大型箱形、鐘形或由二者組成的復合形。②河漫灘。河漫灘以泥質沉積為主，少量砂質和粉砂質。巖性組合為灰色、深灰色泥巖、炭質泥巖、粉砂質泥巖和少量細砂巖、粉砂巖。泥巖中可見植物根莖化石及垂直蟲孔構造，發育水平層理，自然電位曲線幅度低而平緩。③水上天然堤。天然堤呈不對稱透鏡狀分布于分流河道兩側，為粉砂巖、粉細砂巖與粉砂質泥巖、泥質粉砂巖互層，粒度比決口扇細；發育爬升層理和沙紋層理，常見植物化石，自然電位曲線為指狀。④決口扇。決口扇沉積作用為一種突發性事件，多與洪水有關，是分流河道向前推進過程中發生決口的產物。決口扇巖性組合為細粒長石砂巖、粉砂巖、泥質粉砂巖組成，砂巖底部一般見沖刷構造，剖面上具正旋回結構，發育塊狀層理，其上為小型沙紋層理，自然電位曲線呈小型鐘形或單指形。

2）辮狀河三角洲前緣 辮狀河三角洲前緣主要分布于躍東和躍進地區部，并發育水下分流河道、水下天然堤、支流間灣和河口砂壩微相：①水下分流河道。水下分流河道是平原環境中辮狀河道入湖后在水下的延續部分，主要由含礫砂巖、粗砂巖、中砂巖及細砂巖構成，單一水下分流河道砂體顯示清楚的下粗上細特征，常從含礫中、粗粒砂巖到細砂巖，主體為中、粗粒砂巖；砂巖為顆粒支撐，砂體中沉積構造發育；常見大、中型槽狀交錯層理、平行層理及沖刷充填構造及砂體底部見泥礫，局部見板狀交錯層理，而砂體頻繁側向遷移加積形成的側積交錯層更是其主要的沉積構造，完全可以作為其相標志。單一水下分流河道砂體厚度為0.2～1.5m，縱向上常見若干水下分流河道砂體相互疊置組成厚度較大的砂體 （局部厚度在20多米）。②水下天然堤。水下天然堤沉積在研究區前緣亞相中普遍可見，由粉砂巖、粉砂質泥巖和泥巖的簿互層 （互層厚度在0.1～0.5m）組成，其厚度遠遠小于下伏的水下分流河道砂體，而且水下天然堤沉積物常常呈透鏡狀夾于水下分流河道砂體中，發育水平層理、波狀層理及沙紋層理。③支流間灣。支流間灣沉積主要由灰色、紫灰色、灰紫色粉砂質泥巖及泥巖組成，見水平層理及小沙紋層理。④河口砂壩。河口砂壩沉積特征清楚；由粉砂巖、細砂巖組成，常顯示向上變粗層序 （從粉砂巖到中、細砂巖），河口砂壩中沉積構造發育，常見浪成沙紋層理，平行層理及液化變形層理，以及中、小型槽狀及楔狀交錯層理。

2.3 湖底扇相

在阿爾金山前的七個泉地區形成的湖底扇主要受古構造和古地形控制。在阿爾金山西段，古近系下干柴溝組沉積時期，湖水上升，湖水面擴大，河流后退，由于古阿爾金山的推覆作用，使該地區沉積坡度較大，先期扇三角洲或辮狀河三角洲前緣沉積物以碎屑流或濁流方式沿斜坡向下滑動，搬運至湖底深水區，呈扇狀快速堆積下來。其巖性主要為灰綠色、灰色厚層狀細礫巖、紫紅色鈣質砂巖夾灰黃色鈣質泥巖、泥灰巖。礫石成分復雜，分選中等，磨圓差，疊遞變復沖刷構造常見，為典型濁積巖層序序列。

3 結 論

1）柴西南地區上干柴溝組發育湖泊相、辮狀河三角洲相和湖底扇相3種沉積相類型。

2）湖泊相在柴達木盆地西南地區盆地演化的不同時期均有發育，根據湖泊水位的變化以及浪基面的變化可分為濱湖亞相、淺湖亞相和半深湖-深湖亞相，其中淺湖亞相是主要類型，由淺湖砂壩、淺湖泥、淺湖灰泥、藻灰巖、淺湖鮞粒 （生物碎屑）灘和風暴沉積組成。

3）辮狀河三角洲相包括辮狀河三角洲平原亞相和辮狀河三角洲前緣亞相，其中辮狀河三角洲前緣亞相是主要類型，由水下分流河道、水下天然堤、支流間灣和河口砂壩微相組成。

4）湖底扇相主要發發育典型濁積巖層序序列。

[1]黃汲清.中國大地構造特征的新研究 [J].中國地質科學院院報，1984（2）：33-37.

[2]孫國強，鄭建京，蘇龍，等.柴達木盆地西北區中-新生代構造演化過程研究 [J].天然氣地球科學，2010（4）：212-217.

[3]李鶴永，劉震，陳艷鵬，等.柴達木盆地西部地區隱蔽油氣藏形成與分布 [J].西安石油大學學報，2007，22（5）：21-24，64.